特開 2017-33162 水泳帽子および遊泳者の状態を判定する判定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-33162(P2017-33162A)

(43)【公開日】2017年2月9日

(54)【発明の名称】水泳帽子および遊泳者の状態を判定する判定システム

(51)【国際特許分類】

   G06T 7/60 20170101AFI20170120BHJP

   G06T 7/90 20170101ALI20170120BHJP

【ＦＩ】

   G06T7/60 150P

   G06T7/00 100C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-150726(P2015-150726)

(22)【出願日】2015年7月30日

(71)【出願人】

【識別番号】515209024

【氏名又は名称】有限会社新保加工

(74)【代理人】

【識別番号】715007141

【氏名又は名称】新保 隆

(72)【発明者】

【氏名】新保 隆

【テーマコード（参考）】

5L096

【Ｆターム（参考）】

5L096AA02

5L096AA06

5L096BA02

5L096BA18

5L096CA02

5L096FA03

5L096FA62

5L096FA67

5L096FA69

5L096GA38

5L096GA55

5L096JA11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】プールにおける遊泳者の状態を、カメラを使った画像情報で判定するシステムを提供する。
【解決手段】遊泳者に遊泳者識別できる互いに異なる有彩色を持つ複数の区域を備える水泳帽子を着用させる。有彩色の色ＩＤにより、揺らぎが多い水面上の画像情報からでも色フィルター処理により、容易に検出と識別ができ特定の人を追従できる。水面下に潜ったりして一時的に視界から消えても、浮上すれば直ぐに複数の遊泳者の中から特定の人を検出できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異なる有彩色を持つ複数の区域を備える水泳帽子であって、次の構成および条件を充足する水泳帽子。
Ａ その水泳帽子は、遊泳者の頭部を被う本体部と、
前記本体部の縁に沿って周方向に走る第１のライン部とを備え、
前記第１のライン部は、
前記周方向に沿って複数に分かれたセグメント部分から構成されており、
各セグメントは互いに異なる有彩色であること。
Ｂ 前記互いに異なる有彩色とは、色フィルター処理により、各有彩色の区域、
あるいはセグメント部分を残りの区域、
あるいはセグメント部分から抜き出すことができることをいい、
さらに、これらの区域あるいはセグメント部分から次の各情報を得ることができ、
前記第１のライン部における各セグメント部分の組み合わせにより、
水泳帽子を被る人を特定することができる。
Ｃ 前記本体部からの仮想中心と、
前記第１のライン部との間の距離情報を得ることができる。

【請求項2】

前記互いに異なる有彩色からなり、前記第１のライン部に隣接し平行する、
前記 周方向に走る第２のライン部をさらに備える、請求項１に記載の水泳帽子。

【請求項3】

遊泳者の状態を検出し判定するシステムであって、請求項１及び２の水泳帽子と、
前記水泳帽子を被る遊泳者が泳ぐ場所に対して配置した少なくとも１台のカメラと、
前記カメラが得る画像情報に基いて、前記遊泳者の状態を判定する判定装置を備え、
前記判定装置によって、
前記仮想中心と第１のライン部との関係から前記水泳帽子を被る遊泳者の頭の向きを検出し、
その遊泳者が直立しているのか、浮上しているのかを判定する判定システム。

【請求項4】

前記判定装置によって、
前記浮上している状態が所定時間以上続くとき、
あるいは、浮上せずに潜水状態の時間が所定時間以上続くとき、
のいずれかの状態のとき、遊泳者が溺れている状態と判定する請求項３に記載の判定システム。

【請求項5】

前記判定装置において、前記カメラによる画像情報を色フィルター処理することを含む、請求項３あるいは請求項４の判定システム。

【請求項6】

前記所定時間より短い第２の所定時間を超えるとき、溺れの疑いがある状態と判定する請求項４あるいは請求項５に記載の判定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水泳プール等における水泳者の状態をカメラにて監視するための状態判定システムとそれに使用する水泳帽子に関する。

【背景技術】

【0002】

水難事故防止策として、小学校のプールなどには施設管理者が常時教師や監視員を配備し事故防止に万全を期している。しかし、不幸にも監視体制が行き届かない場所で水難事故が発生している。監視員を増やすなどの対策はあるが、施設によっては必ずしも十分ではなく、監視員の負担が増大している。水中において水泳、水遊び中に何らかの事由で人が溺れてしまった場合、それを装置によって監視し、監視員を補佐するシステムが求められている。

【0003】

特許文献１参照

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１２８６８０号

【特許文献2】特開２００１−１８４５７４号

【特許文献3】特開平７−２７１９８６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

水面上の物体を画像処理にて検出し追跡する場合、水面の揺らぎが大きく、遊泳者を特定することが困難である。これは、物体を画像処理にて追跡する場合、前の画像と今回の画像の差から物体を検出するが、背景である水面が絶えず揺らいでいるので差分検出が難しい課題がある。

【0006】

特許文献１にあるように、泳いでいる人を特定しその位置の分散から遊泳者の状態を判定する方法が知られているが、プールが浅い場合、遊泳者が溺れて浮かびそこに停滞しているのか、立ち止まり休息しているのかの区別ができないという課題がある。

【0007】

特許文献３にあるように、泳いでいる人と直立している場合の判別を画像パターン認識で行う方法が知られているが、１００程度の代表パターンが必要となり、安価なシステムでは迅速な判定が難しいという課題がある。また、パターン認識の場合、誤認識を完全に防ぐことは難しく、間違った警報を発信してしまう課題がある。

【0008】

溺れ検出の場合、遊泳者が水面下に潜り視界から消えた消失時間を計測して危険を知らせるが、複数の遊泳者の中から特定の人を検出できないと、正確に時間を計測できない課題がある。

【0009】

例えば、近接したＡさんとＢさんの２人がプールで泳いでいる時。ＡさんとＢさんが交互に水面下に潜って常に水面の上には一人しか見えないとすると、二人が交互に浮上・潜水したのか、Ａさんだけが浮上・潜水を繰り返したのか検出できない。これは、画像から物体を追跡する場合に一旦画像から見失うと再検出した時、見失う前の物体か新規に検出した物体なのかを判断できないからである。

【0010】

そこで、本発明は揺らぎの多い水面上で瞬時に遊泳者の状態検出を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この目的を達成するための本発明に係る水泳帽子の第一の特徴は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、互いに異なる有彩色を持つ複数の区域を備える水泳帽子であって、次の構成および条件を充足する水泳帽子。
Ａ その水泳帽子は、遊泳者の頭部を被う本体部と、
前記本体部の縁に沿って周方向に走る 第１のライン部とを備え、
前記 第１のライン部は、
前記周方向に沿って複数に分かれたセグメント部分から構成されており、
各セグメントは互いに異なる有彩色であること。
Ｂ 前記互いに異なる有彩色とは、色フィルター処理により、各有彩色の区域、
あるいはセグメント部分を残りの区域、
あるいはセグメント部分から抜き出すことができることをいい、
さらに、これらの区域あるいはセグメント部分から次の各情報を得ることができ、
前記第１のライン部における各セグメント部分の組み合わせにより、
水泳帽子を被る人を特定することができる。
Ｃ 前記本体部からの仮想中心と、
前記第１のライン部との間の距離情報を得ることができる。

【0012】

同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した如く、上記第一の特徴構成に加えて、前記互いに異なる有彩色からなり、前記第１のライン部に隣接し平行する、前記 周方向に走る第２のライン部をさらに備え、水泳帽子の向きすなわち、遊泳者の向き判定することができることにある。

【0013】

本発明の遊泳者の状態を判定する判定システムの第一の特徴は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した如く、遊泳者の状態を検出し判定するシステムであって、上記第一と、第二の特徴構成を持つ水泳帽子と、前記水泳帽子を被る遊泳者が泳ぐ場所に対して配置した少なくとも１台のカメラと、前記カメラが得る画像情報に基いて、前記遊泳者の状態を判定する判定装置を備え、前記判定装置によって、前記仮想中心と第１のライン部との関係から前記水泳帽子を被る遊泳者の頭の向きを検出し、その遊泳者が直立しているのか、浮上しているのかを判定することを特徴とする。

【0014】

本発明の遊泳者の状態を判定する判定システムの第二の特徴は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した如く、上記遊泳者の状態を検出し判定するシステムの第一の特徴に加え、前記判定装置によって、前記浮上している状態が所定時間以上続くとき、あるいは、浮上せずに潜水状態の時間が所定時間以上続くとき、のいずれかの状態のとき、遊泳者が溺れている状態と判定することを特徴とする。

【0015】

本発明の遊泳者の状態を判定する判定システムの第三の特徴は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した如く、上記遊泳者の状態を検出し判定するシステムの第一と第二の特徴に加え、前記判定装置において、前記カメラによる画像情報を色フィルター処理することを含むことを特徴とする。

【0016】

本発明の遊泳者の状態を判定する判定システムの第四の特徴は、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載した如く、上記遊泳者の状態を検出し判定するシステムの第 二と第三の特徴に加え、前記所定時間より短い第２の所定時間を越えるとき、溺れの疑いがある状態と判定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、安価な水泳帽子と複数台のカメラにより、システムを構築でき早期に監視員に救助を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の溺れ判定システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の水泳帽子を示す説明図である。

【図3】本発明の溺れ判定システムの第１の実施形態の動作を示すブロック図である。

【図4】本発明の遊泳者状態判定を示すフローチャートである。

【図5】本発明の遊泳者の頭の向きから遊泳者の状態判定の判定方法を示す説明図である。

【図6】本発明の色ＩＤ検出と水泳帽子の仮想中心と垂線ベクトルを求める方法を示す説明図である。

【図7】本発明の色フィルターに用いる判定閾値を示す表である。

【図8】本発明の色の組み合わせによる色ＩＤを示す表である。

【図9】本発明の溺れ判定システムの第２の実施形態の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

実施形態１．
以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。

【0020】

図１に示すように、本発明の水泳帽子１は遊泳者の状態を判定する判定システム内で使用される。その判定システムは、直角方向に配置された複数台のカメラ４と判定装置５とを含み構成され、使用する遊泳者６全員が水泳帽子１を着用する。水泳帽子１の特徴は、互いに異なる有彩色７−１を持つ複数の区域を備える水泳帽子１であって、次の構成および条件を充足する水泳帽子である。
Ａ その水泳帽子は、遊泳者の頭部を被う本体部３と、
本体部３の縁に沿って周方向に走る 第１のライン部１０とを備え、
第１のライン部１０は、
周方向に沿って複数に分かれたセグメント部分２から構成されており、
各セグメントは互いに異なる有彩色７−１であること。
Ｂ 互いに異なる有彩色７−１とは、
色フィルター処理３−５により、各有彩色７−１の区域、
あるいはセグメント部分を残りの区域、
あるいはセグメント部分から抜き出すことができることをいい、
さらに、これらの区域あるいはセグメント部分から次の各情報を得ることができ、
第１のライン部１０における各セグメント部分の組み合わせにより、
水泳帽子１を被る人を特定することができる。
Ｃ 本体部３からの仮想中心８と、
第１のライン部１０との間の距離情報１７を得ることができる。
さらに、水泳帽子１の特徴は、互いに異なる有彩色７−１からなり、
第１のライン部１０に隣接し平行する、
周方向に走る第２のライン部１１をさらに備える。
また、周方向に走る第１のライン部１０と第２のライン部１１は、必ずしも連続している必要はない。第２のライン部１１の色でコード化されていて、本発明装置内でユニークな特定の色の組み合わせでコード化されている。例えば、図８に示す色ＩＤ８−１の組み合わせの水泳帽子１を着用させた遊泳者６を識別することができる。

【0021】

次に、本発明の第１の実施形態の動作を説明する。

【0022】

図３に示すように、遊泳者ＩＤテーブル３−２は、遊泳者６である人物のＩＤ番号と人物の氏名と、遊泳者６が着用する水泳帽子１の色ＩＤ８−１を含み構成されている。この遊泳者ＩＤテーブル３−２は、事前に作成しておく。入場者テーブル３−３は、遊泳者６が本発明装置を利用を開始する時に登録するテーブルである。この入場者テーブル３−３は、遊泳者６のＩＤ番号と遊泳者６の経過観察をしている時間と遊泳者６の状態を含み構成されている。カメラ３−Ａと３−Ｂは監視対象プール３−１に対して直角になるように配置されている。

【0023】

図６に示す色フィルター処理３−５は、各有彩色７−１の区域があるいはセグメント部分を残りの区域あるいはセグメント部分から抜き出すことがことをいい、直角方向に配置されたカメラ４から取得した画像情報１６から背景と水泳帽子１とを分離し水泳帽子１だけを通過させる。これは、画像を色相（色合い）、彩度（鮮やかさ）、明度（明るさ）の数値で示す表色系であるＨＳＶ色空間に分解して、図７に示す検出したい目的の有彩色７−１に合わせ、色相範囲７−２、彩度範囲７−３、明度範囲７−４の値でマスク処理を行う。この時、水泳帽子１で使用する各有彩色７−１の彩度を８０％以上で構成し、色フィルター処理３−５の通過させる彩度範囲の下限値を７０％程度とすれば、目的の有彩色７−１だけを通過させることができる。

【0024】

図６に示す帽子検出処理３−６は、複数の水泳帽子１の仮想中心８を取得する。これは、色フィルター処理３−５で、本体部３の色を検出し、ｎ×ｎの局所領域における濃度値を小さい順に並べ、 真ん中にくる濃度値を領域中央の画素の出力濃度とする処理であるメディアンフィルターを用いて平滑化を行った後に、画像をある閾値を境として、白、黒のいずれかである２値画像に変換する処理である二値化処理を行い、その領域の画像から輪郭を検出し、その輪郭に対して楕円フィッティング１５を行う処理である楕円検出を行う。複数の遊泳者が存在する場合、複数の楕円が検出できる。その、楕円検出した複数の領域が特定の面積以上の領域から求めた中心を仮想中心８とする。
また、ここで仮想中心８を求める方法は、面積領域からその重心を求める処理で、数１で求める画像のモーメントを使用しても良い。

【数1】

【0025】

図６に示す色ＩＤ検出処理３−７は、第２のライン部１１の色と第３以降のライン部１８の色を検出し色ＩＤ８−１を生成し遊泳者識別３−１２を照合処理３−８へ渡す。その詳細は図６と図２を用いて説明する。

【0026】

図２に示す水泳帽子１の各基準点である、第１のライン部の基準点１３と第２のライン部の基準点１４と第３以降のライン部の基準点１９とを求め、以下の手順で色ＩＤ８−１を生成する。
１）図６の垂線ベクトルの求め方６−１は、
まず、色フィルター処理３−５で第１のライン部１０の色を通過させ、
領域の中心からの位置で重み付けを変えて移動平均を行う処理である、
ガウシアンフィルターを用いて平滑化させ二値化する。
仮想中心８から算出した位置から決められた範囲内で検出した、
第１のライン部１０の色を直線近似処理する。
得られた第１のライン部１０の直線近似１２と、
仮想中心８からの垂線ベクトル９を求める。
２）複数存在する直線近似１２と仮想中心８からの垂線ベクトル９の足の位置と、仮想中心８間の距離情報１７を求め、
仮想中心８に最も近い点を、第１のライン部の基準点１３とする。
これは、近くにいる複数の遊泳者６との誤認識を防止するために行うもので、
もし範囲内に無ければ、無効とする。
３）同様に、他の有彩色７−１について１）と同じ方法で求め、
第２のライン部の基準点１４とする。
４）第１のライン部の基準点１３の近傍にある第２のライン部の基準点１４と、
第３以降のライン部の基準点１９を、
仮想中心点８からの距離順で並べて色ＩＤ８−１を求める。

【0027】

図３に示す照合処理３−８は、色ＩＤ検出処理３−７で得た複数の色ＩＤ８−１を帽子検出結果テーブル３−４に格納する。そして、入場者テーブル３−３と照合して検出できた遊泳者６を水上にいる４−６とし、入場者テーブル３−３に登録があるが、帽子検出結果テーブル３−４に存在しない場合、存在するはずの遊泳者を消失４−７として、照合結果３−１３を遊泳者状態判定処理３−１１へ渡す。

【0028】

図３に示す位置の分散処理３−９は、色ＩＤ検出処理３−７で得た遊泳者６が装着している水泳帽子１の仮想中心８の位置の分散から、動いている４−８のか止まっている４−９のかを検出し動き検出結果３−１４を遊泳者状態判定処理３−１１へ渡す。

【0029】

図３に示す頭の向き判定処理３−１０は、直角方向に配置されたカメラ３−Ａから得られた画像情報１６により、垂線ベクトルの求め方６−１で求めた方法で垂線ベクトル９を求める。次に直角方向に配置されたカメラ３−Ｂから得られた画像情報１６も同様に、垂線ベクトルの求め方６−１で求めた方法で垂線ベクトル９を求める。
これは、泳ぐ方向が規制されていないプールの場合、カメラ４に対して前方又は後方から撮影した場合、水面に浮上している４−１１のか、直立している４−１０のか区別が付かなくなることを防ぐために、直角方向に配置された複数のカメラ３−Ａ、３−Ｂで監視を行う。この様に、仮想中心８と本体部３の縁に沿って周方向に走る 第１のライン部１０との関係から水泳帽子１を被る遊泳者６頭の向きを検出する。

【0030】

浮上状態３−１５とは、直角方向に配置された複数のカメラ３−Ａ、３−Ｂから得る画像情報１６での水泳帽子１の垂線ベクトル９の向きから、直立している４−１０か、浮上している４−１１の値を取る。

【0031】

図３の遊泳者向き判定処理３−１６は、頭の向き判定処理３−１０が求めた２つの垂線ベクトル９から図５−１の浮上状態３−１５の結果を遊泳者状態判定処理３−１１へ渡す。

【0032】

図３に示す遊泳者状態判定処理３−１１は、タイマー３−１７に得られた時間と照合結果３−１３と、動き検出結果３−１４、浮上状態３−１５を、図４で示す手順で、遊泳者６の状態を判定し、個々の遊泳者の状態と経過観察時間３−２０を入場者テーブル３−３で管理する。以下に、図４の手順を示す。
ａ）照合結果３−１３から、水上にいる４−６か、
存在するはずの遊泳者を消失４−７の場合、潜水状態４−１２かを判断する。
潜水状態４−１２の場合、潜水状態が連続して所定時間４−１３以上続いたかの判定を行い、
超過していなければ遊泳者６の状態を経過観察状態４−３と判定し、
超過の場合は溺れている状態４−４と判定する。
ｂ−１）水上にいる４−６場合、動き検出結果３−１４から動いている４−８か、
止まっている４−９かを判断し、動いている４−８の場合は、
遊泳者６の状態を水泳状態４−１と判定する。
ｂ−２）止まっている４−９の場合、浮上状態３−１５から、直立している４−１０か、
浮上している４−１１を判定し、
直立している４−１０の場合は遊泳者６の状態を立ち止まり状態４−２と判定する。
ｃ）浮上している４−１１の場合、
浮上している状態が所定時間４−１３以上続いたかの判定を行い、
超過していなければ遊泳者６の状態を経過観察状態４−３と判定し、
超過の場合は溺れている状態４−４と判定する。
ｄ）上記所定時間４−１３の判定より短い第２の所定時間４−１４を超えるとき、
溺れの疑いがある状態４−１５と判断する。

【0033】

図４に示す遊泳者の瞬時状態４−１５は、図５−１に示す様に、浮上状態３−１５と照合結果３−１３との結果から、直立している４−１０又は浮上している４−１１又は潜水状態４−１２の状態になる。これは、カメラ３−Ａの画像情報１６から求めた垂線ベクトル９と、カメラ３−Ｂの画像情報１６から求めた垂線ベクトル９とから、共に天井方向を向いていれば、直立している４−１０とし、存在するはずの遊泳者を消失４−７であれば潜水状態４−１２とし、それ以外を浮上している４−１１とする。

【0034】

図３に示す遊泳者状態判定処理３−１１は、溺水者７の状態を溺れ状態４−４と判定した場合、警報装置３−１８に送り、監視員に助けを求める。

【0035】

図３に示す遊泳者状態判定処理３−１１は、遊泳者６の状態を溺れの疑いがある状態４−１５と判定した場合、注意情報発信装置３−１９へ送る。注意情報発信装置３−１９は、溺れの疑いがある遊泳者６の氏名を呼び掛け、本人と周囲の遊泳者６に溺れ状態を確認する。もし、誤認識であれば、氏名を呼び掛けられた本人が、無事であることを監視員に伝えることにより誤報を防止する。もし、呼び掛けられた本人に反応がない場合、周囲の遊泳者６と監視員は早期に注意喚起でき、警報装置３−１８が発動する前に早期に対応が可能となる。

【0036】

このようにして、水面下に潜ったりして一時的に視界から消えても、個々の遊泳者の状態を管理することにより、浮上すれば直ぐに複数の遊泳者の中から特定の人を検出できる。
有彩色の色ＩＤにより、揺らぎが多い水面上の画像情報からでも色フィルター処理により、容易に検出と識別ができ特定の人を追従できる。

【0037】

実施形態２．
以下、本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。以下では、第１の実施形態との相違点について説明する。

【0038】

図９は、監視対象プール３−１を真上から見た図である。図９に示すように、監視対象プール３−１がコースロープ９−１等により泳ぐ方向が規制される場合、カメラ９−２は監視対象プール３−１に対して側面を撮影する。

【0039】

泳ぐ方向が規制されることにより、遊泳者６を前方又は後方から撮影した誤認識は発生しないので、側面方向から１台以上のカメラの画像情報１６により図５−２に示すようにカメラ９−２の画像情報１６だけで状態を判定することができる。

【0040】

以上に説明したように、本実施形態では、簡単な構成で、瞬時に溺れている疑いのある遊泳者を監視員に知らせ、助けを求めることが可能となる。

【符号の説明】

【0041】

１ 水泳帽子
２ 複数に分かれたセグメント部分
３ 本体部
４、３−Ａ、３−Ｂ、９−２ カメラ
５ 判定装置
６ 遊泳者
８ 仮想中心
１０ 第１のライン部
１１ 第２のライン部
１６ 画像情報
１７ 距離情報
３−５ 色フィルター処理
４−４ 溺れている状態
４−５ 溺れの疑いがある状態
４−１０ 直立している
４−１１ 浮上している
４−１２ 潜水状態
４−１３ 所定時間
４−１４ 第２の所定時間
７−１ 有彩色

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】